二維地震勘探技術(shù)在煤炭勘查區(qū)探測中的應(yīng)用

王 龍

(甘肅煤田地質(zhì)局 慶陽資源勘查院,甘肅 慶陽 745000)

0 引言

煤炭作為全球主要的能源供應(yīng)來源之一,其有效勘探和開采對于滿足能源需求至關(guān)重要。在煤炭勘查中,地質(zhì)構(gòu)造和煤層分布的準(zhǔn)確預(yù)測是至關(guān)重要的,有效獲取地下煤炭資源的地質(zhì)信息和煤層分布可以指導(dǎo)煤礦開采工作。二維地震勘探技術(shù)作為一種重要的非接觸式探測手段,主要應(yīng)用地球物理勘探方法,利用地下介質(zhì)的變化特征來推斷地質(zhì)構(gòu)造和地層性質(zhì),使用地震源激發(fā)地震波,并在地下設(shè)置接收器記錄地震波信號。通過分析接收到的地震波信號,可以確定地下介質(zhì)的物性參數(shù)和地質(zhì)構(gòu)造信息,如巖性、層序、斷層等,可為資源勘查、地質(zhì)研究和工程建設(shè)提供重要的地質(zhì)信息,提高煤炭資源勘查的效率和準(zhǔn)確性,為優(yōu)化煤炭開采方案和提高資源利用率提供科學(xué)依據(jù)。因此,研究和應(yīng)用二維地震勘探技術(shù)在煤炭勘查區(qū)探測中具有重要的實(shí)踐價值和理論意義[1-3]。

1 工程概況及地質(zhì)條件

本次工程實(shí)驗(yàn)勘查區(qū)位于N縣東部,海拔范圍在1 050～1 400 m,相對高差350 m,東西寬約15 km,南北長約13 km,面積約190 km2,地貌形態(tài)主要表現(xiàn)為塬、梁、峁、壑溝和河谷階地,地形條件復(fù)雜,為典型的黃土塬區(qū)地形地貌景觀。由于原勘查工作只實(shí)施原《普查設(shè)計(jì)》中的5條地震測線,其工作網(wǎng)度達(dá)不到普查階段的要求。因此,依據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)并結(jié)合勘查區(qū)地質(zhì)及地震地質(zhì)條件,需要初步了解勘查區(qū)構(gòu)造輪廓、含煤地層分布范圍等信息。

2 二維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用

外業(yè)選擇5個點(diǎn)位進(jìn)行點(diǎn)試驗(yàn)工作,通過認(rèn)真分析點(diǎn)試驗(yàn)資料認(rèn)為,采用多井組合、大藥量激發(fā)、高疊加次數(shù)等技術(shù),可以獲得較好的單炮記錄[4]。為了更進(jìn)一步檢驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)所確定施工參數(shù)的合理性,在點(diǎn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取D33線8 580～10 800樁號進(jìn)行二維線段試驗(yàn)。二維地震勘探觀測系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 二維觀測系統(tǒng)示意圖

二維觀測系統(tǒng)中道間距為10 m,炮點(diǎn)距為20 m,接收道數(shù)為288道,疊加次數(shù)為72次,偏移距為0 m,激發(fā)方式為中點(diǎn)。其中,探測儀器采用的是ARAM.ARIES數(shù)字地震儀,采樣間隔1 ms,記錄長度2 s,前方增益24 dB,記錄格式SEG-Y,全波接收。二維地震實(shí)際完成地震測線5條,其中,3條主測線(D17線、D25線、D33線),2條聯(lián)絡(luò)線(L24線、L40線),完成物理點(diǎn)3 188個,試驗(yàn)點(diǎn)82個,總計(jì)物理點(diǎn)3 270個。數(shù)據(jù)采集質(zhì)量符合《規(guī)范》中“地震地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū),甲級率應(yīng)不低于40%”和“全區(qū)物理點(diǎn)合格率不低于98%”的要求。

3 探測區(qū)地震資料解譯

3.1 地震及地質(zhì)條件分析

本次二維地震勘探共完成5條測線,其中,主測線3條、聯(lián)絡(luò)線2條。初步了解了勘查區(qū)構(gòu)造輪廓,總體為一向北西傾伏的單斜構(gòu)造;區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層;初步了解了主要可采煤層賦存狀況,圈定了煤5在勘查區(qū)內(nèi)薄煤區(qū)及無煤區(qū)邊界?？辈閰^(qū)位于陜北單斜西南段,構(gòu)造形態(tài)為一向北西緩傾伏的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)煤5層底板由西向東逐漸抬升,西部煤5底板標(biāo)高為220 m,到東部煤5底板標(biāo)高達(dá)460 m,高差為240 m,在單斜構(gòu)造帶上發(fā)育有波狀起伏的次級褶曲構(gòu)造。

后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)測區(qū)5條測線的時間剖面上,在區(qū)域內(nèi)的測線上,大部分T5波(煤5反射波)可以連續(xù)追蹤,但在局部地段,T5波的能量較弱,波形不穩(wěn)定,可能會出現(xiàn)衰減或消失的現(xiàn)象。

3.1.1 勘查區(qū)內(nèi)薄煤區(qū)邊界分析

在主測線D17線樁號5 500～11 970的地段,T5波能量較弱,同相軸模糊,波組不能連續(xù)追蹤;主測線D25線上樁號6 600～10 500地段T5波能量變?nèi)?同相軸不清晰;聯(lián)絡(luò)線L24線上樁號5 600～7 100地段T5波能量變?nèi)?同相軸不清晰;經(jīng)上述樁號區(qū)間控制,初步判斷煤5在勘查區(qū)南部有一薄煤區(qū)。圖2顯示煤5波在D17線上變?nèi)醯默F(xiàn)象。

3.1.2 勘查區(qū)內(nèi)無煤區(qū)邊界分析

主測線D33線上樁號1 660～3 410段T5反射波出現(xiàn)間斷,不能連續(xù)追蹤對比,結(jié)合3 309鉆孔資料判斷煤5在該地段為無煤區(qū),如圖3所示。

圖3 D33線上T5波變?nèi)醯娘@示

結(jié)合鄰區(qū)羅川東部的勘探成果,并根據(jù)勘查區(qū)內(nèi)已知的鉆探資料和地震地質(zhì)成果,初步確定煤5在本勘查區(qū)中部偏南地段為薄煤區(qū),在本勘查區(qū)東部邊界有一小區(qū)塊無煤區(qū)。

3.2 構(gòu)造輪廓分析

結(jié)合本次二維地震勘查的網(wǎng)格稀疏程度,無法對測線上斷距小于100 m的斷點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋,并且在平面上沒有觀察到組合斷層。但僅基于以上信息不能完全排除區(qū)域內(nèi)可能存在小斷層的可能性,需要進(jìn)一步加強(qiáng)地震勘探,以更好地了解區(qū)域內(nèi)構(gòu)造情況,特別是小斷層的存在與發(fā)育情況。在本次地震工作中,在勘查區(qū)域內(nèi),未發(fā)現(xiàn)具有大于100 m的斷層,地質(zhì)構(gòu)造整體呈現(xiàn)向西北緩傾的單斜形態(tài),局部區(qū)域存在波狀起伏的地貌特征[5]。

3.3 煤地層解譯

準(zhǔn)確地確定煤層的分布情況和厚度變化,對煤田勘探和評價具有重要的指導(dǎo)意義。煤田地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示,區(qū)域內(nèi)的聚煤環(huán)境發(fā)生了變化,分析認(rèn)為,可能由于基底隆起或古河流的沖刷作用,造成了煤層的變薄或尖滅現(xiàn)象。這種變化在地震勘查中可以通過觀察T5反射波屬性特征的變化來判別。通常情況下,當(dāng)煤層變厚時,反射波能量會增強(qiáng),而煤層變薄或無煤時,反射波能量會減弱甚至消失。根據(jù)這種關(guān)系,將測線上反射波能量變?nèi)趸蛳У狞c(diǎn)進(jìn)行投影并連接,同時結(jié)合已知的鉆孔資料,可以圈定出主要可采煤層的薄煤區(qū)范圍[6](見圖4)。

4 結(jié)語

本研究利用二維地震勘探技術(shù),結(jié)合測井和鉆探成果,采用綜合手段方法,初步查明了煤5底板起伏形態(tài)呈向北西方向緩傾斜的單斜構(gòu)造;初步了解了主要煤層的賦存范圍,解釋了主要煤層的埋藏深度;初步圈定了主要煤層煤5的薄煤區(qū)及無煤區(qū)的分布范圍。通過二維地震資料解釋,初步分析認(rèn)為勘查區(qū)中南部地段有一薄煤區(qū);勘查區(qū)東部有一小區(qū)塊為無煤區(qū),但由于本次地震勘探施工測線較稀疏,薄煤區(qū)及無煤區(qū)邊界未能較好控制,建議在勘查區(qū)內(nèi)進(jìn)一步開展地震勘探工作以便更準(zhǔn)確圈定薄煤區(qū)范圍。